Cargadores a bordo pequeños y eficientes para revolucionar la movilidad eléctrica
En un momento en que Europa se esfuerza por alcanzar sus ambiciosos objetivos climáticos, la reducción de las emisiones del tráfico rodado —que representa el 80 % del 28 % del total de emisiones del sector del transporte en la Unión Europea— se ha convertido en una prioridad. Los vehículos eléctricos son fundamentales para lograrlo, pero su desarrollo se ve actualmente frenado por las limitaciones de la tecnología de los cargadores a bordo (OBC, por sus siglas en inglés). El proyecto HiPower 5.0(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, tiene por objeto superar estas limitaciones mediante el desarrollo de OBC de nueva generación más pequeños, eficientes y rentables.
De 12 litros a 4 litros
Los OBC integrados en los vehículos eléctricos convierten la electricidad de la red en energía adecuada para la carga de las baterías. Sin embargo, los sistemas actuales afrontan importantes limitaciones a medida que aumenta la demanda de energía. Las tecnologías convencionales basadas en silicio presentan limitaciones en términos de eficiencia, con mayores pérdidas energéticas, una elevada generación de calor y diseños voluminosos. Los OBC de alta potencia suelen requerir sistemas de refrigeración complejos, lo que los hace poco adecuados para vehículos de menor tamaño. En HiPower 5.0 se abordan estas limitaciones con un OBC de 22 kW y un volumen de tan solo 4 litros, muy por debajo de la media actual del mercado, situada en 12 litros. La innovación del proyecto radica en el uso de semiconductores de nitruro de galio (GaN) proporcionados por Infineon Technologies, socio del proyecto. «Estos conmutadores de GaN bidireccionales e integrados monolíticamente permiten una conversión más eficiente en un formato más pequeño, ya que están diseñados para controlar el flujo de electricidad en ambas direcciones», se explica en una noticia(se abrirá en una nueva ventana) publicada en el sitio web del Instituto Fraunhofer de Fiabilidad y Microintegración, entidad socia del proyecto responsable del caso de uso en automoción del proyecto. De este modo, un solo conmutador de GaN desempeña la función de dos semiconductores convencionales, lo que reduce la complejidad del sistema y sienta las bases para nuevas oportunidades tecnológicas. La experiencia del Instituto Fraunhofer de Fiabilidad y Microintegración en el ámbito del encapsulado y el desarrollo de sistemas ha desempeñado un papel fundamental en la optimización del conjunto del sistema de OBC. En lugar de centrarse en componentes individuales, el consorcio HiPower 5.0 adoptó una visión de conjunto del sistema, integrando los componentes electrónicos directamente en las placas de circuito impreso. Este diseño reduce las interconexiones críticas, disminuye las pérdidas de energía y aprovecha mejor el espacio disponible, lo que permite obtener un sistema muy integrado y eficiente.
Aplicaciones en el sector de la automoción y más allá
El alcance de HiPower 5.0 va más allá del sector de la automoción, ya que también se están evaluando aplicaciones en el transporte marítimo, gracias a las ventajas que ofrecen los semiconductores de GaN y otros semiconductores de banda prohibida ancha. A lo largo del proyecto, el equipo de HiPower 5.0 trabajará en seis casos de uso. Tres de ellos incluyen conmutadores de bloqueo bidireccionales de nueva generación, que reducen de forma significativa las pérdidas de conmutación y conducción; inversores automovilísticos multinivel híbridos, que optimizan la eficiencia y los costes; y convertidores auxiliares de nueva generación para turismos y vehículos pesados. Los tres casos restantes abarcan el desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica totalmente integrados, orientados a mejorar la eficiencia, la fiabilidad y la sostenibilidad; un gemelo digital de un inversor de tres niveles basado en componentes de GaN; y, en el ámbito marítimo, soluciones que incluyen un inversor integrado y un motor eléctrico, una unidad de carga de alta potencia para buques, una fuente de corriente continua de 3 kV con aislamiento galvánico y disyuntores de estado sólido para redes de corriente continua en barcos. Las innovaciones de HiPower 5.0 (Leading edge Semiconductor, Integration, and Control System Technologies for highly compact and smart eDrive Components towards more sustainable Power Electronics 5.0) abordan retos fundamentales de la movilidad sostenible y contribuyen a avanzar hacia un futuro hipocarbónico. El proyecto finaliza en 2028. Para más información, consulte: Página web del proyecto HiPower 5.0(se abrirá en una nueva ventana)
